[论文解读] Top Quark Properties in Little Higgs Models

Carola F. Berger, Maxim Perelstein+1 more|ArXiv.org|Dec 4, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了小顶夸克模型中顶夸克耦合，重点分析了顶夸克-重顶夸克混合与规范玻色子混合引起的辐射修正。结果表明，国际线性对撞机（ILC）可在自然参数空间内探测到$t\bar{t}Z$耦合及顶夸克宽度的偏离，为这些模型中顶夸克 sector 提供独特探测手段。

ABSTRACT

We study the shifts in the gauge couplings of the top quark induced in the Littlest Higgs model with and without T parity. We find that the ILC will be able to observe the shifts throughout the natural range of model parameters.

研究动机与目标

• 评估未来对撞机中在小顶夸克模型下顶夸克性质偏离的可观测性。
• 评估顶-重顶夸克混合与规范玻色子混合对$t\bar{t}Z$和$t\bar{b}W$耦合的影响。
• 确定ILC是否可在小顶夸克模型的自然参数空间内观测到这些修正。
• 比较LHC与ILC对这些偏离的敏感度，尤其在具有与不具有T宇称的模型中。
• 通过可观测的规范耦合偏移与顶夸克宽度变化，为小顶夸克模型中的顶夸克 sector 提供精确探测。

提出的方法

• 分析$SU(5)/SO(5)$小最简顶夸克模型及其$SU(2)\times SU(2)\times U(1)$变体，重点关注$f$、$\psi$、$m_T$、$\lambda_T$和$v'$等关键参数。
• 通过两种来源计算$t\bar{t}Z$耦合的修正：顶夸克-重顶夸克混合（$\delta g^{Z{\rm t}}_{L}$）与规范玻色子混合（$\delta g^{Z{\rm g}}_{L,R}$），并给出式(1)中的显式表达式。
• 通过$\delta g^{W{\rm t}}_{L}$与$\delta g^{W{\rm g}}_{L}$评估$t\bar{b}W$耦合的修正，并将其与顶夸克宽度$\Gamma_t$的偏移联系起来。
• 利用ILC预期的实验灵敏度（来自Snowmass 2005）确定参数空间中可观测的区域。
• 同时考虑原始小最简顶夸克模型及其T宇称扩展，指出T宇称虽消除规范玻色子混合，但保留了顶-重顶夸克混合。
• 绘制修正量随$\psi$、$m_T$与$\lambda_T$的变化关系，阴影区域表示ILC无法观测到的偏离。

实验结果

研究问题

• RQ1 ILC能否在小最简顶夸克模型中观测到由顶-重顶夸克混合引起的$t\bar{t}Z$轴向与矢量耦合的偏移？
• RQ2 由于$t\bar{b}W$顶点的修正，顶夸克宽度的偏离在ILC上可测量到何种程度？
• RQ3 T宇称的引入如何影响小顶夸克模型中顶夸克耦合修正的可观测性？
• RQ4 在自然参数空间中（$m_T \lesssim 2$ TeV），有多少比例的区域可被ILC用于探测这些偏离？
• RQ5 LHC与ILC在探测小顶夸克模型中顶夸克性质偏移方面的敏感度如何比较？

主要发现

• ILC可在小最简顶夸克模型的大部分自然参数空间内观测到$t\bar{t}Z$轴向耦合的偏移，即使在$m_T = 2$ TeV时亦然。
• 当$m_T = 0.5$ TeV且$\lambda_T = 2$时，轴向耦合偏移可达标准模型值的约1.5%，远在ILC的灵敏度范围内。
• 对于$m_T \leq 2$ TeV且$\lambda_T \geq 0.5$的情况，$t\bar{b}W$耦合修正导致的顶夸克宽度偏移可在ILC上观测到，宽度偏离最高可达1%。
• 即使在3000 fb$^{-1}$的亮度下，LHC对这些偏移的敏感度也有限，而ILC可探测到大部分自然参数空间。
• 在T宇称版本的模型中，尽管规范玻色子混合被消除，但顶-重顶夸克混合效应仍可在ILC上被探测到。
• 对$t\bar{t}Z$矢量耦合的修正量级与轴向耦合相近但符号相反，且在自然参数范围内同样可观测。